JP5034095B2 - プリント配線基板および電子装置 - Google Patents

Description

本発明は、多層プリント配線基板に関し、特に層間を接続するビアやデバイス用のパッド等のレイアウトを行うプリント配線基板および電子装置に関する。

近年、信号が高周波化、小振幅化し、また、複数層構成の基板においては実装密度の増大と総数の増加による基板構造の複雑化により信号配線に沿ったリターン電流経路の確保が困難になり信号波形が乱れることが懸念され、回路動作の信頼性へ影響を与えている。

高速信号用のプリント配線基板では、比較的電位の安定している電源パターンやＧＮＤパターンを、高周波信号が流れる配線（以下、「高周波配線」という）に隣接させて配置したり基板を覆う金属遮蔽板を併用する。特許文献１では、このような技術を用いた、ＣＤ−ＲＯＭ装置のコネクタ変換アダプタにおいて、伝送される高速ディジタル信号が劣化することを抑制するために、プリント配線基板の位置決め用貫通穴をスルーホール構造とし、これを構成する金属膜が複数のグラウンドパターンとつながって形成されている。特許文献１においては、プリント配線基板の位置決め用貫通穴の個所はスルーホール構造となっている。スルーホール構造の一部を構成する金属膜が従来は分離されていた３つのグラウンドパターンとつながっており、スルーホール構造を構成する金属膜がグラウンドパターンに含まれるようになる。これによって、グラウンド電位が強化されて、高速ディジタル信号の信号がコネクタ変換アダプタ内を伝送される間に劣化される程度が抑制されるとされる。

プリント配線基板上で動作する信号は、更なる高速化が要求され、これに伴い、近年では、Ｓｅｒｉａｌ−ＡＴＡ、ＰＣＩ−Ｅｘｐｒｅｓｓ等と云った高速差動信号伝送方式がとられてきている。また、複数層構成の基板においては実装密度の増大と総数の増加による基板構造の複雑化により信号配線に沿ったリターン電流経路の確保が困難になり回路動作の信頼性へ影響を与えている。

このため、高速信号用の多層プリント基板では、比較的電位の安定している電源層やＧＮＤ層を、高周波信号が流れる配線（以下、「高周波配線」という）の存在する層に隣接させて配置しリターン電流の経路を確保するという方法が採られてきた。両面基板の場合には、裏面にグラウンドパターンが設けられ、多層基板においては、下図に示すように第２層目の中間導電層にグラウンドパターンが設けられる。図１１に、4層基板の場合における、一般的な構成とそれぞれの層構成厚の例を、また、図１２に差動信号パターンとこれに対応するグラウンドパターン（グラウンドプレーン）の幅寸法の一例を示す。

図１１の断面図に示すように、この多層プリント基板１０Ａは、表裏面に導体パターン（第２層:２、第３層:３）有する厚みが例えば３５〜６０μｍのコア材５の表側に、厚みが例えば３５〜６０μｍの半硬化状の熱硬化性絶縁シートであるプリプレグ6と銅薄板１（第１層）を積層し、裏側に同様のプリプレグ6と銅薄板４（第４層）を積層して形成されている。なお、プリプレグはガラス繊維入りのものやフィルム状のものでもよい。

差動信号パターン部では、図１２に示すように、プリント配線基板の第１層１に存在する幅Ｗの高周波信号パターン１６，１６を流れる高周波電流は容量性や誘導性によって結合の強い隣接層であるところの第２層に存在するグラウンドパターン７に流れ込む。このとき、理想的には、インピーダンスがもっとも小さい高周波信号パターン１６の直下部分を幅Ｗでもって流れることになる。しかし現実のプリント配線基板においては電気的な種々の複雑な要因によって、高周波信号パターン１６の直下部分領域から広がって流れる電流が存在し、電流ループが拡大し影響を与える。

従って、差動信号パターンペアに対するグラウンドパターン（グラウンドプレーン）は、周知の３W規則等を考慮し、トレース幅Wの差動信号パターン間には、１Wの間隔を空け、トレース脇にはW以上の幅のグラウンドパターンを形成するのが好ましいとされる。また、他のトレースとは少なくとも２W以上の間隔を確保するのが好ましいとされる。

また、上述の信号パターン引き回し上の留意点以外にも、特に、近年一段と普及が進む、高速差動信号伝送方式のＳｅｒｉａｌ−ＡＴＡ、ＰＣＩ−Ｅｘｐｒｅｓｓ等と云った、Ｇｂｐｓオーダーの高速信号を扱う基板においては、実装する高機能集積デバイスのｐｉｎアサインを検討することも重要になってくる。この種のデバイスにおいては、高速差動信号用のｐｉｎ（端子）とグラウンドのｐｉｎは、一般的にごく近くに置くこととされている。ちなみに、PCI-Express規格での対象信号では、データレートは2.5GBps(基本周波数：1.25GHzｋ)となっていて、対応デバイス、プリント配線基板も安定した高速動作が要求される。

ここで、上記デバイスが実際に実装されている状態のプリント配線基板の一例について説明する。図１３のようにプリント配線基板１０とプリント配線基板１４がプリント配線基板１０上に実装されたスロットコネクタ１２とプリント配線基板１４のカードエッジコネクタ１３とが勘合され、プリント配線基板１０上にあるデバイス１１とプリント配線基板１４上にあるデバイス１５間をプリント配線基板１０、プリント配線基板１４上にある高速差動信号配線１６、スロットコネクタ１２とカードエッジコネクタ１３が電気的に接続されており、既知の高速差動信号伝送方式にて信号の送受信がされる。

また、図１４に、図１３においてプリント配線基板１０上のデバイス１１が実装されていないときのＢＧＡ（ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）端子群を有するデバイス１１の実装位置近傍の領域でのプリント配線基板表面のデバイス用パッドおよび信号線についてのパターンレイアウト例（内層グラウンドへのビア及びビアからパッド群への配線は省略）を示す。プリント配線基板１０上には、デバイス１１を実装するためのパッド群２１（２２は、高速差動信号伝送を行うパッド）、高速差動信号配線１６，１６で構成され、高速差動信号伝送を行う第１、第２のパッド２２と高速差動信号配線１６，１６は物理的に一体に形成され電気的に接続された状態にある。プリント配線基板１０上のパッド群２１は、デバイス１１のｐｉｎアサインに対応した信号に割り当てられていて、高速差動信号用のパッド２２とグラウンドのパッドが、隣接もしくは近傍に配列されている。

プリント配線基板１０上のパッド群２１のグラウンドについては、グラウンドのパッドから安定した内層グラウンドへ接続するため、グラウンドのパッドから不図示の引き出し線を出し、引き出し線端部上に配置したビア（Ｖｉａ）にて内層グラウンドに落とすようにされている。

上述のように、一般には、高集積デバイス実装の場合、表面実装用のパッド（デバイスによってはピン端子用のランド）から若干パターンを引き出してビアを打ち、内層グラウンドを用いてグラウンド側の配線をしている。

この場合、引き出しパターンが長くなると信号伝送する上で波形品質の悪化を招く。すなわち、Ｇｂｐｓを伝送する信号に関しては、プリント配線基板上におけるグラウンドのレイアウトによっては、デバイスのグラウンドのパッドから内層グラウンドへビアで接続するまでの引き出し線のインダクタンス成分による配線遅延と電位差等によってプリント配線基板上の高速差動信号配線において、高周波数帯で損失が大きくなり、波形品質が悪化するという問題がある。また、引き出し線やビアから配線パターンまでの距離については、後で詳述するように高速差動信号配線を構成する各配線パターンのリターン経路の端部延長部（上記引き出し線やビア等）を不用意にレイアウトした場合には高速差動信号の平衡性が崩れ、結果、波形品質が悪化するという問題もある。

ちなみに、先に挙げた、特許文献１の場合、グラウンドをより強化することはできているが、グラウンドのパッドからスルーホールまでのインダクダンス成分を取り除くことはできない。
特開２００４−７１４３１号公報

本発明は、上述した実情を考慮してなされたもので、リターン経路について充分な考慮がなされ、高速差動信号用のグラウンドパッドと内層グラウンドプレーン、両者を接続するビア、並びに信号用パッドが適切に配置され差動信号伝送特性に優れたプリント配線基板および電子装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、プリント配線基板の表面に配置された、差動信号用の対となる第１、第２の信号用パッドと、これらのパッドの近傍に配置された少なくとも２個のグラウンド用パッド群と、該プリント配線基板の裏面または中間層部に形成されたグラウンドパターン部を個々の前記グラウンド用パッドに引き出し線を介して接続するための少なくとも２個のビアとが形成されたプリント配線基板において、前記ビアは、前記第１のパッドから最も近い前記ビアまでの第１の距離と、前記第２のパッドから最も近い前記ビアまでの第２の距離とが略等しく、且つ、前記第１のパッドに最も近い前記ビアとこれに接続された前記グラウンド用パッドとの間の第３の距離と、前記第２のパッドに最も近い前記ビアとこれに接続された前記グラウンド用パッドとの間の第４の距離と、が略等しくなるように配置されていることを特徴とする。

また、請求項２に記載された発明は、請求項１に記載のプリント配線基板において、前記第１信号用パッドと前記ビア間の離間距離、及び前記第２の信号用パッドと前記ビア間の離間距離を、全て前記第１、第２の信号用パッド間の距離の（１／√２）倍とした、ことを特徴とする。

また、請求項３に記載された発明は、請求項２に記載のプリント配線基板において、前記ビアと前記グラウンド用パッドとの距離についても、前記第１、第２の信号用パッド間の距離の（１／√２）倍とした、ことを特徴とする。

また、請求項４に記載された発明は、請求項1〜３のいずれか1項に記載のプリント配線基板において、前記第１、第２の信号用パッド、及び前記グラウンド用パッドを含む複数のパッドが、互いの離間距離を等しくした正方格子状に配列されていることを特徴とする。

また、請求項５に記載された発明は、請求項1〜４のいずれか1項に記載のプリント配線基板において、差動信号用端子を有したデバイスを実装するためのパッド群として、前記第１の信号用パッド、第２の信号用パッド、及び前記グラウンド用パッドを含む複数のパッドが、形成されていることを特徴とする。

また、請求項６に記載された発明は、請求項1〜５のいずれか1項に記載のプリント配線基板において、前記ビアを、スルーホール加工によりビアホールとして形成したことを特徴とする。

また、請求項７に記載された発明は、請求項1〜６のいずれか1項に記載のプリント配線基板において、前記ビアを、導電性樹脂等を用いた導電化ビアで形成したことを特徴とする。また、請求項８に記載された発明は、請求項1〜７のいずれか1項に記載のプリント配線基板において、前記グラウンドパターン部が、前記グラウンド用パッド直下の領域まで延在していることを特徴とする。

また、請求項９に記載された発明は、請求項1〜８のいずれか1項に記載のプリント配線基板を含み構成された電子装置であることを特徴とする。

本発明によれば、高速差動信号用のグラウンドパッドと内層グラウンドプレーン、両者を接続するビア、並びに信号用パッドが適切に配置され、高信頼度の差動信号伝送が可能となるプリント配線基板および電子装置を提供できる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。以下の各実施例では、高速差動回路を含み構成された集積デバイス（以下、単にデバイス）を、図１４同様のＢＧＡ端子群を有するものとして説明する。ここでは、格子状に配列されている個々の端子部用の各パッド間隔をｄ（ｍｍ）と表すことにする。

［第１実施例］
本発明の第１の実施例について説明する。この実施例は、図１に示すように最外方列の高速差動信号用パッドに同一列両側に隣接して設けてある２個のグラウンドのパッド（以下、グラウンド用パッドという）からそれぞれに引き出される引き出し線端部に個々に接続されて、下方端が内層グラウンドと接続された２個のビアを設けたもので、課題であるデバイスのグラウンド用パッドから内層グラウンドへビア（Ｖｉａ）で接続するまでの引き出し線のインダクダンス成分を減らし、且つ、高速差動信号の平衡性を確保している。以下、各要素の位置関係（レイアウト）について詳細に説明する。

図１は、被測定基板上でデバイスを実装するためのパッド部分のレイアウトをその一部を拡大して示している。実施例のパッド部分は、プリント配線基板上に配置されて高速差動信号経路を構成する配線パターン１１２ａ、１１２ｂと、パッド群１１０およびビアと引き出し線（配線パターン）とで構成されている。パッド群１１０には、最外方列の高速差動信号用の第１のパッド１１１ａ、第２のパッド１１１ｂが含まれ、この第１のパッド１１１ａ、第２のパッド１１１ｂには配線パターン１１２ａ、１１２ｂが接続されている。これら高速差動信号用の第１のパッド１１１ａ、第２のパッド１１１ｂ付近に（すなわち、同一列に隣接して）グラウンド用パッド１１３ａ、１１３ｂが配置されている。その他、グラウンド用パッドから引き出された引き出し線１１４ａ、１１４ｂと、引き出し線１１４ａ、１１４ｂの他端部に個々に接続されグラウンド用パッド１１３ａ、１１３ｂを安定した内層グラウンド（不図示）に接続するためのビア１１５ａ、１１５ｂが配置されている。パッド群１１０のパッドのピッチ間隔は１（ｍｍ）とする。

また、図には、明示されていないが、表面導体層に隣接した内層には、配線パターン１１２ａ、１１２ｂ、高速差動信号用の第１のパッド１１１ａ、第２のパッド１１１ｂ、ビア１１５ａ、１１５ｂ、（必要に応じては、引き出し線１１４ａ、１１４ｂ及びグラウンド用パッド１１３ａ、１１３ｂ）の高周波信号が流れる領域が投影される部分の近傍に沿って充分な広さ・幅で周知の内層グラウンド（グラウンドパターン）が設けられている（図１２参照）。

本実施例では、高速差動信号用パッド付近にある２個のグラウンド用パッドから引き出される引き出し線と内層グラウンドと接続される２個のビアの位置については、パッド群１１０のパッドのピッチをｄ（ｍｍ）として、高速差動信号用の第１のパッド１１１ａとビア１１５ａの距離と高速差動信号用の第２のパッド１１１ｂとビア１１５ｂの距離(a及びb)を等しくし、且つ、引き出し線１１４ａと１１４ｂの長さ距離(X及びY)を等しくしてある。

すなわち、複数のビア１１５ａ、１１５ｂの位置は、パッド群１１０のパッドのピッチをｄ（ｍｍ）として、引き出し線１１４ａ、１１４ｂの距離（長さ）Ｘ，Ｙ、および、高速差動信号用の第１のパッド１１１ａから内層グラウンドと接続されたビア１１５ａとの距離ａ、高速差動信号用の第２のパッド１１１ｂから内層グラウンドと接続されるビア１１５ｂとの距離ｂ、の全ての距離が、各パッド間距離（第１、第２の信号用パッド間の距離）ｄの（１／√２）倍であるｄ／√２（ｍｍ）となる位置にビア１０５ａ、１０５ｂそれぞれを配置してある。

ここで、高速差動信号の平衡性を確保するための要素である高速差動信号を構成する配線パターン１１２ａ、１１２ｂのリターン電流の経路について説明する。配線パターン１１２ａのリターン電流の流れは、配線パターン１１２ａ直下の内層グラウンドを流れ、高速差動信号用のパッド１１１ａの直下に到達する。そこから、内層グラウンドと接続されたビア１１５ａから引き出し線１１４ａを通ってグラウンド用パッド１１３ａへ到達すると考えられる。

他方、配線パターン１１２ｂのリターン電流の流れについても同様に、配線パターン１１２ｂ直下の内層グラウンドを流れ、高速差動信号用のパッド１１１ｂの直下に到達し、内層グラウンドと接続されたビア１１５ｂから引き出し線１１４ｂを通ってグラウンド用パッド１１３ｂへ到達すると考えられる。

実施例のレイアウト構成では、高速差動信号を構成する配線パターン１１２ａ、１１２ｂのリターン電流経路長の違いによる影響を減ずるためビア１１３ａ、１１３ｂの位置については、高速差動信号用の第１のパッド１１１ａとビア１１５ａの距離と高速差動信号用の第２のパッド１１１ｂとビア１１５ｂの距離(a及びb)、を等しくし、且つ、引き出し線１１４ａと１１４ｂの長さ(グラウンド用パッド−ビア間の距離:X及びY)を等しくしてある。

ここで、グラウンド用パッドと内層グラウンドに繋がるビア間の引き出し線の長さを等しくしてある本実施形態の場合と、比較用にリターン電流の経路長を異ならせた場合の波形への影響について、被測定基板６０を用いて、実測結果を用いて検証する。実験用の被測定基板６０は、各要素が図１と略同様レイアウトのｄ＝１（ｍｍ）のパッド群の載ったプリント配線基板であり、グラウンド用パッドと内層グラウンドに繋がるビア間の引き出し線の長さを一方の引き出し線（長さ＝Ｘ）を０．７（＝１／√２）（ｍｍ）に固定し、他方の引き出し線（長さ＝Ｙ）も同一の０．７（ｍｍ）の長さにした基板（第１実施形態相当）と、この他方の引き出し線（長さ＝Ｙ）のみ長くした基板とを用意して、それぞれの場合について特性を実測した。

図２は、実測値を得るための測定方法を示す図である。測定に使用している計測器６１はベクトルネットワークアナライザで、この計測器６１と被測定基板６０上の高速差動信号配線端部をケーブル６２で接続し、計測器６１と被測定基板の高速差動信号用パッドをケーブル６３で接続して、被測定基板上の高速差動信号配線のミックスドモードＳパラメータを求めた。

図３はグラウンド用パッドからビアまでの引き出し線の長さＹを変えた場合の高速差動信号配線の損失を示した周波数特性図である。図３中のＡの特性（波形）は、グラウンド用パッドからビアまでの引き出し線の長さＸ，Ｙを０．７（ｍｍ）とした第１実施形態相当のものの損失を、Ｂの特性は、グラウンド用パッドからビアまでの引き出し線の長さＹを１．４（ｍｍ）、Ｃの特性は、グラウンド用パッドからビアまでの引き出し線の長さＹを３（ｍｍ）、また、Ｄの特性は、グラウンド用パッドからビアまでの引き出し線の長さＹを１０（ｍｍ）としたときのそれぞれの損失を示している。

この結果から、（一方の）引き出し線の長さを長くするに従って損失分が増えていくことがわかる。また、引き出し線の長さを、１０（ｍｍ）と極端に長くした場合では、４〜８ＧＨｚ付近で損失分が極端に大きくなることがわかる。以上の実測結果から、グラウンド用パッドからビアまでの引き出し線の長さを長くすればするほど、高周波数帯ではインダクタンス成分の影響により損失が多くなり、高速差動信号配線を構成する各配線パターンのリターン電流経路長が異なることで、差動信号としての平衡性が崩れて損失分が多くなることが判る。同時に、第１実施例のレイアウトとすれば、実用上問題無い充分な特性が得られることが確認できた。

一般に図１の如きレイアウトの場合、高速差動信号を構成する配線パターン１１２ａ、１１２ｂのリターン電流の経路長の差を無くして等しくすることで、高速差動信号の平衡性を確保することができ、ビア１１５ａ、１１５ｂの位置については、高速差動信号用の第１のパッド１１１ａから内層グラウンドと接続されるビア１１５ａとの距離ａ、高速差動信号用の第２のパッド１１１ｂから内層グラウンドと接続されるビア１１５ｂとの距離ｂ、を等しくし、且つ、引き出し線１１４ａ、１１４ｂの長さ（ビア−グラウンドパッド間距離）が等しくなるように配置することで、高速差動信号の平衡性を確保することができる。実施例では、これら全ての距離を等しくしてある。

次に、差動信号それぞれのリターン電流について、本実施形態と同様に両者の経路長を等しく保った上で、経路長自体の長さの違いによる伝送特性への影響について実測結果を用いて検証する。このための実験用の被測定基板６０は、図１と略同様のパッド群１１０のパッドのピッチ間隔をｄ＝１（ｍｍ）のプリント配線基板であり、本検証では、高速差動信号を構成する配線パターン１１２ａ、１１２ｂのリターン電流経路長の違いによる影響を見るためビア１１３ａ、１１３ｂの位置については、高速差動信号用の第１のパッド１１１ａとビア１１５ａの距離と高速差動信号用の第２のパッド１１１ｂとビア１１５ｂの距離(a及びb)を等しくｄ／√２（ｍｍ）とし、引き出し線１１４ａと１１４ｂの長さX，Ｙ（ビア−グラウンド用パッド間距離）を等しく保ったまま、ｄ／√２（ｍｍ）から長くしていった場合について測定した。

図４は、グラウンド用パッドからビアまでの引き出し線の長さをＸ及びＹを等しくした状態で変えた場合に実際に得られた高速差動信号配線の損失(ミックスドモードＳパラメータ)を示した周波数特性図である。図４中のＡの特性（波形）は、グラウンド用パッドからビアまでの引き出し線の長さを０．７（ｍｍ）とした第１実施例に相当するもの損失を、Ｅの特性は、グラウンド用パッドからビアまでの引き出し線の長さを１．４（ｍｍ）、Ｆの特性は、グラウンド用パッドからビアまでの引き出し線の長さを３（ｍｍ）としたときの損失を示している。この図４の結果から、グラウンド用パッドからビアまでの引き出し線の長さを長くすることで約６ＧＨｚより高い周波数帯での影響が顕著で損失分が増えることが判る。引き出し線を短くするほど、引き出し線自体のインダクタンス成分を減らすことができ、第１実施例では、実用上問題無い特性が得られていることが確認できた。

上述した各結果から、グラウンド用パッドと内層グラウンドと接続されたビア間の引き出し線の距離は短く、且つ、高速差動信号を構成する各配線パターンのリターン電流の経路長が等しくなるようにビアを配置することが課題解決に繋がることが確認された。

実施例においては、高速差動信号を構成する配線パターン１１２ａ、１１２ｂのリターン電流の経路長が等しくなり、高速差動信号の平衡性を確保することができている。また、信号用パッドとビア間の距離、ビアとグラウンド用パッド間の距離も実用上充分に短くなっていて、インダクタンス成分によるプリント配線基板上の高速差動信号配線の高周波数帯での損失が抑えられ、高い波形品質が得られている。

実施例のレイアウトに限らず、一般に、高速差動信号用の第１のパッドから内層グラウンドと接続されるビアとの距離をａ、高速差動信号用の第２のパッドから内層グラウンドと接続されるビアとの距離をｂとした場合、これら２つの距離が等しくなるようにビアを配置することで、高速差動信号を構成する配線パターンのリターン電流の経路長を等しくして、高速差動信号の平衡性を確保することができる。また、リターン電流の経路長自体を極力短くレイアウトすることで、伝送特性の劣化を防止できる。本実施例では、デバイス対応領域のパッド群は、正方形格子状端子配列であるが、これに限らない。

［第２実施例］
続いて、本発明の他の実施例を示す。図５は、プリント配線基板上のデバイスを実装するためのパッド部分のレイアウトの第２の実施例をその一部を拡大して示している。この実施例では、差動信号に関わる各パッドは、高速差動信号用の第１のパッド１５１ａ、第２のパッド１５１ｂと同一列（最外方列）に隣接してグラウンド用パッド１５３ａ、１５３ｄが配置され（前実施例と同様）、更に、内方列の第１のパッド１５１ａ、第２のパッド１５１ｂに対応する位置のパッドもグラウンドのパッド１５３ｂ、１５３ｃとなっている。これらパッドの近傍には、内層グラウンドと接続される３個のビアが設けられて、各グラウンド用パッドからそれぞれに引き出される引き出し線端部に接続されている。

第２実施例では、パッド部分は、プリント配線基板上に配置されて高速差動信号経路を構成する配線パターン１５２ａ、１５２ｂと、パッド群１１０およびビアと引き出し線（配線パターン）とで構成されている。パッド群１１０には、最外方列の高速差動信号用の第１のパッド１５１ａ、第２のパッド１５１ｂが含まれ、この第１のパッド１５１ａ、第２のパッド１５１ｂには配線パターン１５２ａ、１５２ｂが接続されている。これら高速差動信号用の第１のパッド１５１ａ、第２のパッド１５１ｂ付近に、同一列に隣接したグラウンド用パッド１５３ａ、１５３ｄが、また、内方列の第１のパッド１５１ａ、第２のパッド１５１ｂに対応する位置にグラウンドのパッド１５３ｂ、１５３ｃが配置されている。また、各グラウンド用パッド１５３ａ〜１５３ｄからそれぞれに引き出される引き出し線１５４ａ〜１５４ｄの端部に接続されて、グラウンド用パッド１５３ａ〜１５３ｄを安定した内層グラウンドに接続するための３個のビア１５５ａ〜１５５ｃを設けている。

高速差動信号用パッド付近にある複数のグラウンド用パッドから引き出される引き出し線と内層グラウンドと接続される複数のビアの位置については、パッド群１１０のパッドのピッチをｄ（ｍｍ）として、高速差動信号用の第１のパッド１５１ａから内層グラウンドと接続されるビア１５５ａ、１５５ｂとの距離ａ、高速差動信号用の第２のパッド１５１ｂから内層グラウンドと接続されるビア１５５ｂ、１５５ｃとの距離ｂ、としたときこれら２つの距離ａ，ｂが、各パッド間距離（第１、第２の信号用パッド間の距離）ｄの√２.５倍である√２.５＊ｄ（ｍｍ）となる位置にビアビア１５５ａ〜１５５ｃそれぞれを配置してある。本実施例のレイアウト構成では、高速差動信号を構成する配線パターン１５２ａ、１５２ｂのリターン電流の経路長が等しくなり、高速差動信号の平衡性を確保することができる。

［第３実施例］
図６は、プリント配線基板上のデバイスを実装するためのパッド部分のレイアウトの第３の実施例をその一部を拡大して示しており、前実施例同様のパッド配置において、よりリターン電流経路を短縮した、パッド部分レイアウトの実施例を示している。なお、図中では、３個のビア１６５ａ〜１６５ｃ以外の図５と対応する部分には、同一符号が付してある。

この第３実施例は、パッド部分は、プリント配線基板上に配置されて高速差動信号経路を構成する配線パターン１５２ａ、１５２ｂと、パッド群１１０およびビアとその他の配線パターンとで構成されている。パッド群１１０には、前実施例と同様に最外方列の高速差動信号用の第１のパッド１５１ａ、第２のパッド１５１ｂが含まれ、この第１のパッド１５１ａ、第２のパッド１５１ｂには配線パターン１５２ａ、１５２ｂが接続されている。これら高速差動信号用の第１のパッド１５１ａ、第２のパッド１５１ｂ付近に、同一列に隣接したグラウンド用パッド１５３ａ、１５３ｄが、また、内方列の第１のパッド１５１ａ、第２のパッド１５１ｂに対応する位置にグラウンドのパッド１５３ｂ、１５３ｃが配置されている。そして、各グラウンド用パッド１５３ａ〜１５３ｄからそれぞれに引き出される引き出し線１５４ａ〜１５４ｄの端部に接続されて、グラウンド用パッド１５３ａ〜１５３ｄを安定した内層グラウンドに接続するための前実施例とは異なる位置に配置されている３個のビア１６５ａ〜１６５ｃが設けられている。

この第３実施例では、各グラウンド用パッドからそれぞれに引き出される引き出し線端部に接続されて、内層グラウンドと接続される３個のビア１６５ａ〜１６５ｃを図に示すように設けてある。すなわち、高速差動信号用パッド付近にある複数のグラウンド用パッドから引き出される引き出し線と内層グラウンドと接続される３個のビアの位置については、パッド群１１０のパッドのピッチをｄ（ｍｍ）として、引き出し線１５４ａ〜１５４ｄの距離、高速差動信号用の第１のパッド１５１ａより内層グラウンドと接続されるビア１６５ａ、１６５ｂまでの距離ａ，ａ、および、高速差動信号用の第２のパッド１５１ｂより内層グラウンドと接続されるビア１６５ｂ、１６５ｃまでの距離ｂ，ｂ、の全ての距離が各パッド間距離（第１、第２の信号用パッド間の距離）ｄの（１／√２）倍であるｄ／√２（ｍｍ）となる位置にビア１６５ａ〜１６５ｃをそれぞれ配置してある。

このように、ビア１６５ａ〜１６５ｃの位置については、高速差動信号用の第１のパッド１５１ａから内層グラウンドと接続されるビア１６５ａ、１６５ｂとの距離をａ、高速差動信号用の第２のパッド１５１ｂから内層グラウンドと接続されるビア１６５ｂ、１６５ｃとの距離をｂとした場合、距離ａ、距離ｂ、引き出し線１５４ａ〜１５４ｄの長さが全て等しい距離になるように配置することで、引き出し線１５４ａ〜１５４ｄの配線長は充分に短くなり、引き出し線自体のインダクタンス成分を減らすことができ、且つ、高速差動信号を構成する配線パターン１５２ａ、１５２ｂのリターン電流の経路長が等しくなり、高速差動信号の平衡性を確保することができて特性劣化が防止できる。

もちろん、この配置は一例であり、この図６のレイアウトに対して、内層グラウンドと接続されたビア１６５ａとグラウンド用パッド１５３ｂとを引き出し線で接続し、同様にビア１６５ｃとグラウンド用パッド１５３ｃとを引き出し線で接続したレイアウトとしても良く、この場合も上記条件を満たしていて上述したと同様の効果が得られる。

［第４実施例］
更に他の実施例を示す。この第４の実施例では、格子状配置での最外方列の高速差動信号用パッド付近に（内方次列対応位置に）ある２個のグラウンド用パッドからそれぞれに引き出される引き出し線端部に個々に接続されて、内層グラウンドと接続される2個のビアを設けた例である。高速差動信号を構成する配線パターンのリターン電流の経路長を等しくするためのみであれば、高速差動信号用の第１のパッドとビア間、高速差動信号用の第２のパッドとビア間の距離を等しくするだけで良い。図７は、パッド部分のレイアウトの第４実施例をその一部を拡大して示している。パッド部分は、プリント配線基板上に配置されて高速差動信号経路を構成する配線パターン１７２ａ、１７２ｂと、パッド群１１０およびビアとその他の配線パターン（引き出し線）とで構成されている。

パッド群１１０内には、最外方列の高速差動信号用の第１のパッド１７１ａ、第２のパッド１７１ｂが含まれ、この第１のパッド１７１ａ、第２のパッド１７１ｂには配線パターン１７２ａ、１７２ｂが接続されている。これら高速差動信号用の第１のパッド１７１ａ、第２のパッド１７１ｂ付近、内方列対応位置にグラウンド用パッド１７３ａ、１７３ｂが配置されている。その他、グラウンド用パッドから引き出された引き出し線１７４ａ、１７４ｂと、引き出し線１７４ａ、１７４ｂの共通他端部に個々に接続されグラウンド用パッド１７３ａ、１７３ｂを安定した内層グラウンド（不図示）に接続するためのビア１７５が配置されている。パッド群１１０のパッドのピッチ間隔は１（ｍｍ）である。

本実施例では、高速差動信号用パッド付近にある複数のグラウンド用パッドから引き出される引き出し線と内層グラウンドと接続される１個のビアの位置については、パッド群１１０のパッドのピッチをｄ（ｍｍ）として、高速差動信号用の第１のパッド１７１ａから内層グラウンドと接続されるビア１７５との距離ａ、高速差動信号用の第２のパッド１７１ｂから内層グラウンドと接続されるビア１７５との距離ｂの２つの距離は、各パッド間距離（第１、第２の信号用パッド間の距離）ｄの（√２.５）倍である√２.５＊ｄ（ｍｍ）となる位置に単一のビア１７５を配置してある。

このように、高速差動信号用の第１のパッド１７１ａから内層グラウンドと接続されるビア１７５との距離をａ、高速差動信号用の第２のパッド１７１ｂから内層グラウンドと接続されるビア１７５との距離をｂとした場合、これら２つの距離が等しくなるようにビア１７５を配置してあり、このようなレイアウト構成によって、高速差動信号経路を構成する配線パターン１７２ａ、１７２ｂのリターン電流の経路長は等しくなり、高速差動信号の平衡性を確保することができる。引き出し線自体のインダクタンス成分も実用上充分な程度に減らすことができている。

［第５実施例］
図８は、プリント配線基板上のデバイスを実装するためのパッド部分のレイアウトの第５の実施例をその一部を拡大して示しており、前実施例同様のパッド配置において、よりリターン電流経路を短縮した、パッド部分レイアウトの実施例を示している。なお、図中では、位置の異なるビア１８５を除き、その他の図７と対応する部分には、同一符号が付してある。

この第５実施例は、パッド部分は、プリント配線基板上に配置されたパッド群１１０、パッド群１１０内に高速差動信号用の第１のパッド１７１ａ、第２のパッド１７１ｂ、この第１のパッド１７１ａ、第２のパッド１７１ｂと接続された高速差動信号を構成する配線パターン１７２ａ、１７２ｂ、高速差動信号用の第１のパッド１７１ａ、１７１ｂ付近に配置されたグラウンド用パッド１７３ａ、１７３ｂ、グラウンド用パッド１７３ａ、１７３ｂから引き出された引き出し線１７４ａ、１７４ｂ、グラウンド用パッド１７３ａ、１７３ｂを安定した内層グラウンドに接続するためのビア１８５で構成される。

高速差動信号用パッド付近にある複数のグラウンド用パッドから引き出される引き出し線と内層グラウンドと接続される１個のビア１８５の位置については、パッド群１１０のパッドのピッチをｄ（ｍｍ）として、引き出し線１７４ａ、１７４ｂの距離、高速差動信号用の第１のパッド１７１ａから内層グラウンドと接続されるビア１８５との距離ａ、高速差動信号用の第２のパッド１７１ｂから前記ビア１８５との距離ｂの、これら４つの距離全てが各パッド間距離（第１、第２の信号用パッド間の距離）ｄの（１／√２）倍であるｄ／√２（ｍｍ）となる位置にビア１８５を配置してある。このようなレイアウト構成によって、引き出し線１７４ａ、１７４ｂの配線長は一段と短くなり、引き出し線自体のインダクタンス成分を減らすことができ、且つ、高速差動信号を構成する配線パターン１７２ａ、１７２ｂのリターン電流の経路長を等しくなり、高速差動信号の平衡性を確保することができる。

［第６実施例］
更に他の実施例を示す。図９は、プリント配線基板上のデバイスを実装するためのパッド部分のレイアウトの第６実施例をその一部を拡大して示している。この実施例では、唯一のビア１９５Ａを引き出し線によって１つのグラウンドのパッドに接続している。高速差動信号を構成する配線パターンのリターン電流の経路長を等しくするのみで良ければ、高速差動信号用の第１のパッドとビア間、高速差動信号用の第２のパッドとビア間の距離を等しくするだけで良い。この実施例のパッド部分は、プリント配線基板上に配置されて高速差動信号経路を構成する配線パターン１９２ａ、１９２ｂと、パッド群１１０およびビアとその他の配線パターン（引き出し線）とで構成されている。パッド群１１０内で最外方列の高速差動信号用の第１のパッド１９１ａ、第２のパッド１９１ｂに配線パターン１９２ａ、１９２ｂが接続されている。高速差動信号用の第１のパッド１９１ａ、第２のパッド１９１ｂ付近、内方列対応位置にグラウンド用パッド１９３が配置されており、グラウンド用パッド１９３を安定した内層グラウンドに接続するためのビア１９５Ａが配置されている。パッド群１１０のパッドのピッチ間隔は１（ｍｍ）である。

本実施例では、高速差動信号用パッド付近にある１個のグラウンド用パッドから引き出される引き出し線と内層グラウンドと接続される１個のビア１９５Ａの位置については、パッド群１１０のパッドのピッチをｄ（ｍｍ）として、高速差動信号用の第１のパッド１９１ａから内層グラウンドと接続されるビア１９５Ａとの距離ａ、高速差動信号用の第２のパッド１９１ｂからビア１９５Ａとの距離ｂのこれら２つの距離は、各パッド間距離（第１、第２の信号用パッド間の距離）ｄの（√２.５）倍である√２.５＊ｄ（ｍｍ）となる位置にビア１９５Ａを配置してある。これにより、高速差動信号を構成する配線パターン１９２ａ、１９２ｂのリターン電流の経路長を等しくなり、高速差動信号の平衡性を確保することができている。

［第７実施例］
次に、本発明の他の実施例について、説明する。図１０は、プリント配線基板上のデバイスを実装するためのパッド部分のレイアウトの第７実施例を示している。この実施例は、前実施例と比べると、ビア１９５Bを、差動信号用の第１のパッド１９１ａ、第２のパッド１９１ｂ側により近づけ、グラウンド用パッドへの距離（引き出し線１９４の長さ）も第１のパッド１９１ａへの距離と等しい位置に配置した点のみが異なる。すなわち、前実施例同様の、プリント配線基板上に配置されたパッド群１1０、パッド群１1０内に高速差動信号用の第１のパッド１９１ａ、第２のパッド１９１ｂ、この第１のパッド１９１ａ、第２のパッド１９１ｂと接続された高速差動信号を構成する配線パターン１９２ａ、１９２ｂ、高速差動信号用の第１のパッド１９１ａ、１９１ｂ付近に配置されたグラウンド用パッド１９３と、そして、グラウンド用パッド１９３から引き出された引き出し線１９４、グラウンド用パッド１９３を安定した内層グラウンドに接続するためのビア１９５Bとで構成されている。

本実施例では、高速差動信号用の第１パッド、第２のパッド付近にある１個のグラウンド用パッドから引き出される引き出し線と内層グラウンドと接続される１個のビア１９５Bの位置については、パッド群１１０のパッドのピッチをｄ（ｍｍ）として、引き出し線１９４の距離、高速差動信号用の第１のパッド１９１ａから内層グラウンドと接続されるビア１９５Bとの距離ａ、高速差動信号用の第２のパッド１９１ｂから内層グラウンドと接続されるビア１９５Bとの距離ｂの３つの距離が全てｄ／√２（ｍｍ）となる位置にビア１９５を配置してある。

このように、高速差動信号用の第１のパッド１９１ａから内層グラウンドと接続されるビア１９５Bとの距離をａ、高速差動信号用の第２のパッド１９１ｂから内層グラウンドと接続されるビア１９５Bとの距離をｂとした場合、ビア１９５Bの位置については、高速差動信号用の第１のパッド１９１ａから内層グラウンドと接続されるビア１９５Bとの距離ａ、高速差動信号用の第２のパッド１９１ｂから内層グラウンドと接続されるビア１９５Bとの距離ｂ、引き出し線１９４の長さが全て等しい距離になるように配置することで、高速差動信号を構成する配線パターン１９２ａ、１９２ｂのリターン電流の経路長が等しくなり、高速差動信号の平衡性を確保することができることはもちろん、同時に、引き出し線１９４の配線長は実用上に充分に短くなっており、引き出し線自体のインダクタンス成分を減らすことができている。

これまで説明してきたように、本発明では、第１に、プリント配線基板上のデバイスのグラウンド用パッドから内層グラウンドへビアで接続するまでの引き出し線の長さを短くすることで、インダクタンス成分によるプリント配線基板上の高速差動信号配線の高周波数帯での伝送損失を有効に抑え、伝送波形品質を良くすることができる。

また、第２に、高速差動信号を構成する各配線パターンのリターン電流の経路長を等しくなるようにビアを配置することで、高速差動信号配線を構成する各配線パターンのリターン経路長を等しくすることができ差動信号の平衡性を保てることから、伝送波形品質を良くすることができる。

以上説明した各実施例では、正方形格子状端子配列の場合を例示したが、本発明は、これに限らず、端子配列は千鳥状格子でも良い。また、ＢＧＡ端子のデバイス用パッドの場合を例示したが、PGA(Pin Grid Array)のデバイス用等に代表される穴開きパッドの場合でも同様なレイアウトを実現できる。端子配列は、格子状以外の端子配列に対しても適用できる。

本発明によれば、一般に、高速差動信号用の第１のパッドから内層グラウンドと接続されるビアとの距離をａ、高速差動信号用の第２のパッドから内層グラウンドと接続されるビアとの距離をｂとした場合、ビアの位置については、高速差動信号用の第１のパッドから内層グラウンドと接続されるビアとの距離ａ、高速差動信号用の第２のパッドから内層グラウンドと接続されるビアとの距離ｂの長さが等しい距離で極力短く、また、ビアからグラウンド用パッドへの引き出し線についても極力短くなるように配置することで、良好な伝送特性を得ることができる。

デバイスを実装するためのパッド部分のレイアウトの第１実施例を一部を拡大して示す図である。 実測値を得るための測定方法を示す図である。 リターン電流の経路長に差を与えた場合の実測結果（周波数特性図）である。 グラウンド用パッドからビアまでの引き出し線の長さを変えた場合の実測結果である。 デバイスを実装するためのパッド部分のレイアウトの第２実施例をその一部を拡大して示す図である。 デバイスを実装するためのパッド部分のレイアウトの第３実施例をその一部を拡大して示す図である。 デバイスを実装するためのパッド部分のレイアウトの第４実施例をその一部を拡大して示す図である。 デバイスを実装するためのパッド部分のレイアウトの第５実施例をその一部を拡大して示す図である。 デバイスを実装するためのパッド部分のレイアウトの第６実施例をその一部を拡大して示す図である。 デバイスを実装するためのパッド部分のレイアウトの第７実施例をその一部を拡大して示す図である。 多層プリント基板の一例を説明する断面図である。 多層プリント基板での差動信号パターンとグラウンドパターン幅寸法の一例を説明する断面図である。 高速差動信号を使用する場合におけるプリント配線基板の構成と基板上の要素配置を示す図である。 上記プリント配線基板上のパッド部分の略示レイアウト図である。

符号の説明

１１０ パッド群
１１１ａ 第１のパッド（高速差動信号用）
１１１ｂ 第２のパッド（高速差動信号用）
１１２ａ （高速差動信号用）配線パターン
１１２ｂ （高速差動信号用）配線パターン
１１３ａ，１１３ｂ グラウンド用パッド
１１４ａ、１１４ｂ 引き出し線（ビア−グラウンド用パッド間）
１１５ａ、１１５ｂ ビア
１５１ａ 第１のパッド（高速差動信号用）
１５１ｂ 第２のパッド（高速差動信号用）
１５２ａ （高速差動信号用）配線パターン
１５２ｂ （高速差動信号用）配線パターン
１５３ａ，１５３ｂ，１５３ｃ、１５３ｄ グラウンド用パッド
１５４ａ、１５４ｂ，１５４ｃ、１５４ｄ 引き出し線（ビア−パッド間）
１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ ビア
１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ ビア
１７１ａ 第１のパッド（高速差動信号用）
１７１ｂ 第２のパッド（高速差動信号用）
１７２ａ （高速差動信号用）配線パターン
１７２ｂ （高速差動信号用）配線パターン
１７３ａ，１７３ｂ グラウンド用パッド
１７４ａ、１７４ｂ 引き出し線（ビア−グラウンド用パッド間）
１７５ ビア
１８５ ビア
１９１ａ 第１のパッド（高速差動信号用）
１９１ｂ 第２のパッド（高速差動信号用）
１９２ａ （高速差動信号用）配線パターン
１９２ｂ （高速差動信号用）配線パターン
１９３ グラウンド用パッド
１９４ 引き出し線（ビア−グラウンド用パッド間）
１９５Ａ，１９５Ｂ ビア

Claims (9)

1. プリント配線基板の表面に配置された、差動信号用の対となる第１、第２の信号用パッドと、これらのパッドの近傍に配置された少なくとも２個のグラウンド用パッド群と、該プリント配線基板の裏面または中間層部に形成されたグラウンドパターン部を個々の前記グラウンド用パッドに引き出し線を介して接続するための少なくとも２個のビアとが形成されたプリント配線基板において、
   前記ビアは、前記第１のパッドから最も近い前記ビアまでの第１の距離と、前記第２のパッドから最も近い前記ビアまでの第２の距離とが略等しく、且つ、前記第１のパッドに最も近い前記ビアとこれに接続された前記グラウンド用パッドとの間の第３の距離と、前記第２のパッドに最も近い前記ビアとこれに接続された前記グラウンド用パッドとの間の第４の距離と、が略等しくなるように配置されていることを特徴とするプリント配線基板。
2. 前記第１信号用パッドと前記ビア間の離間距離、及び前記第２の信号用パッドと前記ビア間の離間距離を、全て前記第１、第２の信号用パッド間の距離の（１／√２）倍とした、ことを特徴とする請求項１に記載のプリント配線基板。
3. 前記ビアと前記グラウンド用パッドとの距離についても、前記第１、第２の信号用パッド間の距離の（１／√２）倍とした、ことを特徴とする請求項２に記載のプリント配線基板。
4. 前記第１、第２の信号用パッド、及び前記グラウンド用パッドを含む複数のパッドが、互いの離間距離を等しくした正方格子状に配列されていることを特徴とする請求項1〜３のいずれか1項に記載のプリント配線基板。
5. 差動信号用端子を有したデバイスを実装するためのパッド群として、前記第１の信号用パッド、第２の信号用パッド、及び前記グラウンド用パッドを含む複数のパッドが、形成されていることを特徴とする請求項1〜４のいずれか1項に記載のプリント配線基板。
6. 前記ビアを、スルーホール加工によりビアホールとして形成したことを特徴とする請求項1〜５のいずれか1項に記載のプリント配線基板。
7. 前記ビアを、導電性樹脂等を用いた導電化ビアで形成したことを特徴とする請求項1〜６のいずれか1項に記載のプリント配線基板。
8. 前記グラウンドパターン部が、前記グラウンド用パッド直下の領域まで延在していることを特徴とする請求項1〜７のいずれか1項に記載のプリント配線基板。
9. 請求項1〜８のいずれか1項に記載のプリント配線基板を含み構成されたことを特徴とする電子装置。

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